紫薯獼猴桃復合飲料生產工藝優化及抗氧化性研究

（四川工商職業技術學院酒類與食品工程系，四川都江堰611830）

馬鈴薯又稱地蛋、土豆、洋山芋，屬茄科多年生草本植物，原產于南美洲[1]；是全球第四大重要的糧食作物。我國馬鈴薯種植面積和生產量居世界前列，占世界馬鈴薯種植面積的1/4，已經成為馬鈴薯生產大國。2015年我國首創提出馬鈴薯主糧化戰略，充分說明馬鈴薯在我國糧食領域的戰略地位逐漸顯現[2]。馬鈴薯的主要成分是淀粉和蛋白質，淀粉干重含量在60%～80%。馬鈴薯還富膳食纖維、維生素和礦物質等成分。據呂巨智等研究表明每100 g馬鈴薯塊莖中含有0.7 g膳食纖維、17mg維生素C、5 g維生素A、1.1mg尼克酸、0.04mg核黃素、0.08mg硫胺素等[3]；以及豐富的礦物質元素，享有“地下蘋果”、“第二面包”等稱譽。紫馬鈴薯（簡稱紫薯）除了具備普通馬鈴薯的營養價值，還具有多種酚類物質、花色苷等生物活性成分，具有防癌、護肝、減肥、抗氧化以及抗衰老等多種保健功能[4-6]。

獼猴桃又名藤梨，是獼猴桃科（Actinidiaceae）獼猴桃屬（Actinidia）落葉性藤本植物[7]；具有很高的營養價值，被譽稱為“水果之王”。每100克鮮果含維生素C0.1 g～0.42 g、膳食纖維 1.8 g、總糖 6%～14%、有機酸1.2%～2.4%、蛋白質16 g、可溶性固形物13%～18%以及豐富的礦質元素等[8]。研究表明獼猴桃籽油能顯著降低血脂，可預防心血管疾病、保護視力、抗炎、抗病毒以及延緩衰老等功效；獼猴桃汁能有效地促進人體鉛的排泄、良好的潤腸通便功能以及防癌和治癌的作用[9-12]。

目前，國內外關于紫薯研究多集中在種植栽培技術和花色苷的提取工藝及其抗氧化性等方面[5-6]；值得可喜的是紫薯精深加工等方面已有少量報道，如陳杰華用紫馬鈴薯通過攤飯法釀造紫薯米酒制備出細膩醇厚、營養豐富的紫薯米酒以及通過酶法生產出色澤和風味俱佳的紫薯飲料；馮元春等以馬鈴薯蛋白替代部分奶粉，生產穩定性良好、風味獨特、營養豐富低脂高蛋白營養型乳飲料。在一定程度上推進了紫薯的產業化和深加工[13-15]。然而由于我國馬鈴薯產量大，而我國生產的馬鈴薯主要用于直接消費，深加工量不到10%[16]，每年都有25%～30%的馬鈴薯保藏不當而造成嚴重的損失[17]。因此必須加大對馬鈴薯的深加工，充分利用資源以提高馬鈴薯的經濟附加值及適應市場對產品多樣化的要求。

本試驗以紫薯和獼猴桃為原料，以紫薯獼猴桃復合飲料的感官評分、穩定性和抗氧化性為考核指標，通過單因素試驗及正交試驗確定紫薯獼猴桃復合功能型飲料的最佳生產工藝配方。以期開發出具有抗氧化、延緩衰老和減肥等功能的紫薯獼猴桃功能型復合飲料，為馬鈴薯的綜合開發和深加工利用提供理論依據。

1　材料和方法

1.1　材料和試劑

1.1.1　試驗儀器

JYZ-350榨汁機：九陽股份有限公司；FA2003電子天平：上海舜宇恒平科學儀器有限公司；YJGY-70型均質機：天津市特斯達食品科技有限公司；手持糖量計：泉州光學儀器廠；PH-2型酸度計：上海精科儀器有限公司；恒溫水浴鍋：上海寰熙醫療器械有限公司；UV-2600型可見分光光度計：日本島津有限公司。

1.1.2　試驗藥品

新鮮紫薯、新鮮獼猴桃：長沙雨花區高橋大市場；果膠酶（40 000 U/g）、淀粉酶（37 000 U/g）：鄭州萬博化工產品有限公司；檸檬酸、羧甲基纖維素鈉（CMCNa）、黃原膠、蔗糖（均為食品級）：北京索萊寶科技有限公司。

無水乙醇、氯化鈉、七水合硫酸亞鐵、鄰二氮菲、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、H2O2、三羥甲基氨基甲烷（Tris）、濃鹽酸、鄰苯三酚、鐵氰化鉀、三氯乙酸、三氯化鐵（均為國產分析純）：上海國藥集團化學試劑有限公司；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）標準品：美國Sigma公司。

1.2　工藝流程

紫薯獼猴桃復合飲料生產工藝流程圖見圖1。

圖1　紫薯獼猴桃復合飲料生產工藝流程圖Fig.1 The technology route and process flow of purple potato-kiwifruit beverage

1.3　操作要點

1.3.1　紫薯汁的制備

選擇塊大新鮮、成熟度適中、無蟲害的紫薯清洗干凈、去皮，切塊（4 cm×1 cm×1 cm）；于90℃的熱水中燙漂2 min，置于0.8%的鹽溶液中浸泡30 min，用生產用水洗凈、瀝干；取100 g燙漂紫薯加生產用水打漿1∶1（質量比）。然后在50℃下、淀粉酶用量0.03%、果膠酶用量0.05%、酶解3 h；酶解結束后在90℃的水浴鍋中滅酶10 min。滅酶結束后在5 000 r/min的條件下離心15 min，收集上清液即為紫薯汁[13]。

1.3.2　獼猴桃汁的制備

選取新鮮、成熟的獼猴桃，洗凈、去皮、切塊，質量比1∶1打漿，在5 000 r/min的條件下離心15 min，收集上清液即為獼猴桃汁。

1.3.3　調配

按照設定的試驗方案在容器中先溶解好一定量的蔗糖和檸檬酸，依次加入紫薯汁、獼猴桃汁以及穩定劑，攪拌均勻定容100 mL。

1.3.4　均質

將配成紫薯獼猴桃復合飲料加熱到60℃倒入均質機在20Mpa～25 Mpa下均質5 min，增強產品的穩定性。

1.3.5　殺菌

將調配好的飲料灌裝在121℃保持9 s完成高溫瞬時滅菌，然后迅速冷卻至40℃，在37℃下保溫質檢，包裝得到成品。

1.4　單因素試驗

選擇紫薯汁、獼猴桃汁、蔗糖、檸檬酸和穩定劑種類為主要研究變量，探究以紫薯汁的添加量、獼猴桃汁的添加量、白糖的添加量、檸檬酸的添加量對紫薯獼猴桃復合飲料的感官品質的影響。

1.5　正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選出紫薯汁的添加量（A）、獼猴桃汁的添加量（B）、白糖的添加量（C）、檸檬酸添加量（D）為考察因素，進行L9（34）正交試驗，以感官評分標準為依據，確定紫薯獼猴桃復合飲料的最佳配方，正交試驗因素水平表見表1。

表1　L9（34）正交試驗因素水平表Table 1Level of L9（34）orthogonal experimental factors

1.6　穩定劑選擇及穩定效果評價

取調配好的復合飲料分別加入CMC-Na、黃原膠及二者復合配比作為復合飲料穩定劑；采用離心沉降法，研究不添加同種類穩定劑的穩定效果。將復合飲料置于30 mL刻度離心管中，在3 000 r/min，下離心10 min，計算分層率采用以下公式計算[18]。

分層率/%=上清液高度/固液兩相總高度×100

1.7　感官評定方法與標準

選擇評鑒人員10人組成評鑒小組，根據組織狀態、口感、色澤、風味四方面進行綜合評分，按評分標準對每個配方結果打分，總分為100分，評分標準見表2。

表2　感官評定標準Table 2　The evaluation standard of beverage

1.8　抗氧化能力的測定

1.8.1　對羥基自由基（·OH）清除率的測定

分別以紫薯汁、獼猴桃汁、復合飲料為自由基清除劑，參照曾劍華等關于黃秋葵多糖體外羥基自由基（·OH）抗氧化能力的測定研究[19]。

1.8.2　對超氧陰離子自由基（O2-·）清除率的測定

分別以紫薯汁、獼猴桃汁、復合飲料為自由基清除劑，參照張麗紅等關于楊梅玫瑰茄飲料抗氧化性研究[20]。

1.8.3　對DPPH自由基（DPPH·）清除率的測定

在3只具塞比色管中分別加入紫薯汁、獼猴桃汁、復合飲料各2 mL，再加入8 mL的0.2 mmol/L的DPPH·無水乙醇溶液混合、搖勻，在黑暗處反應20 min后在517 nm處測定其吸光度為A1，重復3次取平均值。取2 mL無水乙醇與8 mL的0.2 mmol/L的DPPH·溶液混合、搖勻，在黑暗處反應20 min后在517 nm處測定其吸光度為A0，重復3次取平均值。取2 mL樣品與8 mL無水乙醇溶液混合、搖勻，在黑暗處反應20 min后在517 nm處測定其吸光度為A2，重復3次取平均值[21]。

DPPH·清除率/%=[1-（A1-A2）/A0]×100

1.9　復合飲料質量指標測定

1.9.1　感官指標的測定

依據GB/T 31121-2014《食品安全國家標準果蔬汁類及其飲料》測定相關質量指標[22]。

1.9.2　理化指標測定

可溶性固形物的測定：按GB/T 12143-2008《飲料通用分析方法》規定的方法測定。

總酸的測定：按GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》規定的方法測定。

總糖的測定：按GB/T 21730-2008《濃縮橙汁》測定方法。

銅、鉛的測定：參照GB 5009.13-2017《食品安全國家標準食品中銅的測定》。

1.9.3　微生物指標的測定

參照GB 4789.1-2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗》規定的方法檢驗。

2　結果與討論

2.1　單因素試驗

2.1.1　紫薯汁添加量對紫薯乳獼猴桃復合飲料感官品質的影響

以飲料總量計，設定添加黃原膠0.1%、獼猴桃汁添加量為15 g/100 mL、白糖添加量為9 g/100 mL、檸檬酸添加量為0.15%。分別加入紫薯汁15、20、25、30、35 g/100 mL按照1.2的所述工藝生產飲料產品，對成品進行感官評分，結果見圖2。

圖2　紫薯汁添加量對復合飲料感官評分的影響Fig.2　Effect of purple potato juice added amount on sensory score of beverage

由圖2可知，隨著紫薯汁添加量的增加復合飲料的綜合評分不斷增高，色澤的評分基本維持在18分左右，組織狀態維持在15分左右。當紫薯添加量為25 g/100 mL時，紫薯乳飲料綜合評分達到最大值88分，產品達到最佳狀態，呈現出協調的紫薯香味和獼猴桃汁特征風味，色澤呈紫紅色、均一、口感柔和，符合大多數人的喜好。隨后，隨著紫薯汁的添加量的增加綜合評分逐漸減少。

2.1.2　獼猴桃汁添加量對復合飲料感官品質的影響

以飲料總量計，設定添加黃原膠0.1%、紫薯汁的添加量為25 g/100 mL、白糖的添加量為9 g/100 mL、檸檬酸添加量為0.15%。分別加入獼猴桃汁5、10、15、20、25 g/100 mL按照1.2所述工藝生產飲料產品，對產品進行感官評分，結果見圖3。

圖3　獼猴桃汁添加量對復合飲料感官評分的影響Fig.3　Effect of kiwifruit juice added amount on sensory score of beverage

由圖3可知，隨著獼猴桃汁添加量的增加，復合飲料的口感評分基本維持在26分，風味評分在24、25分上下波動，組織狀態評分變化不大，色澤評分逐漸上升，感官評分總分呈現逐漸增加的趨勢，當獼猴桃汁添加量為20 g/100 mL時復合飲料的感官評分達到最大值89分，復合飲料口感最佳，特征風味協調，色澤呈紫紅色、均一穩定。隨后隨著紫薯汁的添加量的增加綜合評分逐漸減少。

2.1.3　白糖添加量對復合飲料感官品質的影響

以飲料總量計，設定添加黃原膠0.1%、紫薯汁的添加量為25 g/100 mL、獼猴桃汁添加量為15 g/100 mL、檸檬酸添加量為0.15%。分別加入蔗糖3、6、9、12、15 g/100 mL按照1.2所述工藝生產飲料產品，對產品進行感官評分，結果見圖4。

由圖4可知，隨著白糖添加量的增加，復合飲料的組織狀態和色澤在18分上下波動，變化不大，產品風味評分維持在26分左右，口感評分先增后減，綜合評分先增后減，當白糖的添加量為9 g/100 mL時綜合評分達到最大值90分，此時產品甜度適宜，滋味可口。

2.1.4　檸檬酸添加量對復合飲料感官品質的影響

圖4　白糖添加量對復合飲料感官評分的影響Fig.4 Effect of white sugar added amount on sensory score of beverage

以飲料總量計，設定添加黃原膠0.1%、紫薯汁的添加量為25 g/100 mL、獼猴桃汁添加量為15 g/100 mL、蔗糖添加量為9 g/100 mL，分別加入0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的檸檬酸按照1.2所述工藝生產飲料產品，對產品進行感官評分，結果見圖5。

由圖5可知，隨著檸檬酸添加量的增加，復合飲料的口感和風味評分逐漸上升，當檸檬酸粉添加量為0.20%時達到最大值89分，此時產品具有濃郁的乳香味和紫薯汁特有香氣和獼猴桃汁特征香味，產品呈紫紅色、風味柔和、滋味可口。隨后評分逐漸下降，產品的色澤和組織狀態不斷下降。

圖5　檸檬酸添加量對馬鈴薯乳飲料感官評分的影響Fig.5　Effect of citric acid added amount on sensory score of beverage

2.2　紫薯獼猴桃復合飲料配方優化試驗結果分析

在單因素試驗基礎上，以紫薯汁的添加量、獼猴桃汁的添加量、白糖的添加量、檸檬酸的添加量做L9（34）正交優化試驗，正交因素水平表見表2，正交試驗結果見表3，方差分析見表4。

表3　正交試驗設計與試驗結果Table 3　Orthogonal experimental design and experimental results

表4　正交試驗方差分析結果Table 4　Orthogonal experimental analysis of variance

由表3極差R可知各因素對紫薯乳獼猴桃復合飲料的感官品質影響主次順序為B＞A＞D＞C，即獼猴桃汁添加量對復合飲料的感官品質影響最大，其次為紫薯汁加量，再次之為檸檬酸的添加量，蔗糖的添加量影響最小。得出的最優試驗組合為A2B2C3D3，由于最優組合A2B2C3D3不在正交表內，故進行3次平行試驗，綜合評分為92.33。由表4方差分析可知：紫薯汁、獼猴桃汁和檸檬酸添加量3個因素均有顯著性影響，這與正交分析結論一致。因此。紫薯獼猴桃復合飲料的最佳配方為A2B2C3D3，即紫薯汁25 g/100 mL、獼猴桃汁15 g/100 mL、蔗糖12 g/100 mL、檸檬酸0.2%。

2.3　紫薯獼猴桃復合飲料穩定性試驗

紫薯獼猴桃復合飲料穩定性試驗結果見表5。

表5　穩定劑的穩定效果Table 5　The stabilizing effect of the stabilizer

從表5可以看出，同一種穩定劑隨著添加量的增加，分層率逐漸減小，表明穩定效果逐漸增強。在相同的添加量下，不同穩定劑對飲料的穩定效果會有所不同，黃原膠對復合飲料的穩定效果要好于CMC-Na，然而在試驗的添加量范圍內，單一穩定劑還不能起到較好的穩定效果，因此考察復配穩定劑對飲料穩定效果的影響，試驗結果表明，添加0.1%CMC-Na和0.15%黃原膠，在25 MPa下均質，復合飲料經過離心后分層率為0，是紫薯獼猴桃復合飲料理想的復配穩定劑。

2.4　紫薯獼猴桃復合飲料抗氧化性試驗

紫薯獼猴桃復合飲料抗氧化性試驗結果如圖6所示。

圖6　紫薯獼猴桃復合飲料抗氧化能力Fig.6　Antioxidant capacity of purple potato-kiwifruit compound beverage

由圖6可知，3種抗氧化的評價方法差存在一定的差異，趨勢也不同。在對DPPH·清除率測定中，抗氧化能力強弱為紫薯原汁＞獼猴桃汁＞復合飲料；在對·OH清除率測定中，抗氧化能力為獼猴桃汁＞紫薯原汁＞復合飲料；在對O2-·清除率測定中，抗氧化能力強弱為獼猴桃汁＞紫薯汁＞復合飲料。測定結果復合飲料的DPPH·、·OH、O2-·清除率分別為 48.02%、38.67%、55.41%，表明該復合飲料具有良好的抗氧化能力。但在與紫薯汁和獼猴桃汁的抗氧化能力相比之下明顯下降了很多，一個原因是紫薯原汁和獼猴桃汁里面含有的抗氧化物質濃度高，而復合飲料在配制過程存在稀釋；另一方面是在復合飲料工藝流程中的敏感性條件如高溫等對復合飲料的抗氧化活性物質如花色苷破壞較大，以及pH值等的變化導致抗氧化性低于原材料。

2.5　紫薯獼猴桃復合飲料質量研究

2.5.1　感官指標

采用正交試驗得出的最佳組合A2B2C3D3制備的復合飲料口感舒適、酸甜宜人、色澤為紫紅色，具有紫馬林薯和獼猴桃特有清香，復合風味明顯，體系穩定、不分層、無沉淀。

2.5.2　理化指標

復合飲料理化指標測定結果見表6。

表6　復合飲料理化分析結果Table 6　Physicochemical analysis of compound beverage

2.5.3　微生物指標

復合飲料微生物指標測定結果見表7。

表7　飲料微生物指標結果Table 7　The results of microbiological indicator of beverage

3　結論

通過單因素試驗及正交試驗，確定紫薯獼猴桃復合飲料的最佳配方組合為A2B2C3D3，即紫薯汁25 g/100 mL、獼猴桃汁 15 g/100 mL、蔗糖 12 g/100 mL、檸檬酸0.2%。穩定性試驗結果顯示，添加0.1%CMC-Na和0.15%黃原膠在25 MPa下均質可獲得理想效果。以此制備的復合飲料口感舒適、酸甜宜人、色澤為紫紅色，具有紫馬林薯和獼猴桃特有清香，復合風味明顯，體系穩定、不分層、無沉淀。經過抗氧化性試驗得出復合飲料的DPPH·、·OH、O2-·清除率分別為48.02%、38.67%、55.41%，表明該復合飲料具有良好的抗氧化能力，具有很好的市場前景。

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